авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Классические космологические тесты на основе данных об объектах глубоких полей

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Набоков Никита Валентинович КЛАССИЧЕСКИЕ КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕСТЫ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ОБ ОБЪЕКТАХ ГЛУБОКИХ ПОЛЕЙ Специальность 01.03.02 астрофизика и звездная астрономия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург – 2010

Работа выполнена на Кафедре астрофизики Математико-механического факультета Санкт-Петербургского государственного университета

Научный консультант:

доктор физико-математических наук Барышев Юрий Викторович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Гнедин Юрий Николаевич, Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН;

доктор физико-математических наук Комберг Борис Валентинович, Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.

Ведущая организация:

Специальная астрофизическая обсерватория РАН.

Защита состоится 21 декабря 2010 г. в 15 ч. 30 м. на заседании совета Д 212.232.15 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр., 28, ауд. (Математико-механический факультет).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ.

Автореферат разослан 2010 г.

Ученый секретарь диссертационого совета Орлов В.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы Одной из наиболее актуальных задач современной космологии является изучение эволюции галактик и крупномасштабной структуры на больших красных смещениях. Прямые наблюдательные данные о сверхдалеких галактиках становятся в последние годы доступными благодаря использованию методики измерения фотометрических красных смещений большого количества слабых галактик, что недоступно обычным спектральным наблюдениям. В настоящее время завершен ряд многопо лосных фотометрических обзоров глубоких полей галактик, таких как HUDF, содержащего 104 галактик с красными смещениями достигаю щими z 10 (Beckwith et al., 2006), (Bowens et al., 2009), и COSMOS содержащего 106 галактик с красными смещениями достигающими z (Massey et al., 2007a), (Massey et al., 2007b), общее описание глубоких обзоров галактик дано в работе Решетникова (Решетников, 2005).

Наблюдения предельно далеких галактик дают возможность применить классические космологические тесты к современным моделям Вселенной.

Задача наблюдательной проверки космологических моделей была впервые сформулирована в работе (Hubble & Tolman, 1935), а также как главная программа для 5-ти метрового телескопа Хэйла в 60-е годы (Sandage, 1961).

Главную роль в космологических тестах играют эталоны астрофизических величин, которые используются как неизменные реперы и позволяют находить правильную космологическую модель.

К сожалению эта идеализированная картина не работает. Изучение физических характеристик объектов на больших красных смещениях осложняется тем, что прямые наблюдательные данные включают нескольких компонент: базисная космологическая модель + модель эволюции + эффекты селекции. Разделение их вкладов представляет труднейшую задачу, которую необходимо решать при использовании классических космологических тестов. Предыдущие работы, посвященные анализу классических космологических тестов (Sandage et al., 1988), (Yoshii & Takahara, 1988), (Baryshev et al., 1994) опирались на доступные в то время наблюдения галактик в интервале красных смещений 0.1 - 1.0. Уже тогда было установлено, что космологические тесты должны учитывать одновременно как выбор космологической модели, так и эволюционные изменения параметров галактик и возможные эффекты наблюдательной селекции. Продвижение в последние годы на порядок по красным смещениям в наблюдении глубоких полей галактик делает особенно актуальным анализ классических космологических тестов на основе новых наблюдательных данных.

Особая значимость классических космологических тестов в оптическом диапазоне связана с тем, что они опираются на непосредственно на блюдаемые оптические объекты, расстояния до которых можно измерить по сдвигу линейчатого и непрерывного спектра. Оптическая астрономия имеет дело с галактиками, находящимеся в интервале красных смеще ний от 0 до 10, тогда как космологические тесты на основе данных о фоновом микроволновом излучении относятся к z 1000 и опираются на модельные параметры выводимые из наблюдений флуктуаций МФИ.

В оптической астрономии накоплено большое количество наблюдательных данных для красных смещений z 10, поэтому актуальна задача поиска взаимно согласованной модели, в которой наблюдаемые характеристики локальных галактик и структур будут совместимы с предсказаниями модели, выводимой из анализа МФИ. Актуальность темы диссертации обусловлена тем, что результаты проведения классических космологических тестов на основе наблюдений предельно далеких галактик необходимы для построения адекватной модели Вселенной, согласованной как с наблюдениями МФИ так и с оптическими наблюдениями эволюции галактик и крупномасштабной структуры Вселенной.

Цель и задачи исследования Целью работы является построение и анализ космологических соотношений угловой размер - красное смещение (z), поверхностная яркость - красное смещение J(z) и число галактик - красное смещение N(z) на основе данных глубоких полей COSMOS, HUDF, HDF-N и FDF. Основной задачей исследования является получение количественной оценки вкладов от выбора космологической модели, модели эволюции галактик и возможных эффектов селекции.



В задачи исследования входило:

• Построение выборок галактик, необходимых для проведения космологических тестов.

• Проведение космологических тестов Угловой размер - красное смещение и Поверхностная яркость - красное смещение с использованием сетки космологических моделей с разными наборами параметров плотности и степенной модели эволюции линейного размера и поверхностной яркости галактик, разных спектральных / морфологических типов.

• Изучение радиальных распределений галактик в глубоких полях COS MOS, HUDF, HDF-N и FDF.

• Разработка метода поиска возможных сверхбольших структур в сетке глубоких полей в объеме Вселенной, доступном глубоким полям.

Научная новизна Основными новыми элементами исследования являются:

• Впервые построены единые выборки с необходимыми параметрами для проведения космологических тестов на основе глубоких полей: COS MOS - самого большого по числу галактик ( 106 ) и HUDF - самого глубокого по красному смещению (до z 10).

• Впервые на основе совместных данных полей HUDF и COSMOS в интервале красных смещений 0.1 - 10 построены космологические соотношения Угловой размер - красное смещение и Поверхностная яркость - красное смещение.

• Впервые получены оценки параметров эволюции линейных размеров и поверхностной яркости для различных типов и подтипов галактик для различных комбинаций параметров плотности m и v.

• Впервые на основе космологического теста N(z)и корреляционного анализа крупномасштабной структуры Вселенной разработан метод космической томографии для поиска возможных неоднородностей в трехмерном распределении галактик на масштабах в Гпк. В качестве апробации разработанного метода, были выбраны глубокие поля COS MOS, HUDF, HDF-N и FDF.

Научная и практическая ценность работы Обзоры глубоких полей, таких как COSMOS и HUDF чрезвычайно объемная задача выполняемая большими международными коллективами астрономов, включающая сотни ученых из десятков стран, при этом используются огромные финансовые затраты. Полученные этими группами первичные наблюдательные данные доступны через соответствующие сайты, что дает возможность повысить эффективность этих обзоров через использование другими астрономами обзоров для выполнения оригинальных задач в космологии.

В настоящей работе использованы эти глубокие обзоры для проведения классических космологических тестов в оригинальной постановке, включая оценку эволюции параметров галактик разных морфологических типов, используя сетку космологических моделей с разными наборами параметров плотности. Разработанный метод отождествления возможных сверхбольших структур на расстояниях в Гпк позволяет организовать наблюдательную программу Космической томографии, что является весьма перспективным направлением в изучении крупномасштабной структуры Вселенной в интервале красных смещений 0.5 5.

Результаты проведения классических космологических тестов на основе наблюдений предельно далеких галактик необходимы для построения адекватной модели Вселенной, согласованной как с наблюдениями МФИ так и с наблюдениями локальных галактик и структур.

Полученные в данной работе количественные ограничения на значения комбинаций параметров эволюции линейных размеров и поверхностной яркости галактик, совместимых с комбинацией параметров плотности m и v, необходимы для дальнейшего развития космологических моделей, моделей эволюции галактик и структур. Оценки линейных размеров и амплитуд кандидатов в сверхбольшие структуры дают наблюдательные ограничения на модели эволюции крупно масштабной структуры Вселенной.

Апробация результатов Результаты настоящей работы докладывались:

1. на семинарах кафедры астрофизики СПбГУ 2009, 2010 гг.

2. на семинаре обсерватории университета г. Турку 2009 г.

3. на конференции Физ.фака Наука и прогресс, 2007 г.

4. на международной конференции Practical Cosmology, 2008 г.

Содержание диссертации Диссертация состоит из введения, семи глав списка цитируемой литературы. Полный объем диссертации 83 страницы машинописного текста, включая 30 рисунков, 19 таблиц и список цитируемой литературы из 94 наименований.

В первой(введение) главе дается краткое описание истории изучаемого вопроса, формулируются цели и задачи исследования, перечислены положения, выносимые на защиту, рассматривается актуальность темы исследования, описывается научная новизна и научная и практическая ценность работы. Указана апробация результатов и личный вклад автора.

Во второй главе дается обоснование выбора методов проверки Космологических моделей. Рассматривается постановка задачи о клас сических космологических тестах, дается символическая связь между наблюдаемыми и теоретическим величинами. Далее, рассматривается история изучения классических космологических тестов в сравнении с условиями проведения тестов на сегодняшний день, обсуждается вопрос о современных космологических моделях, эволюции галактик а также наблю дательной селекции, влияющей на результаты исследования.

В данной главе обосновывается использование глубоких полей COS MOS, HUDF, HDF-N и FDF, описывается каждое из изучаемых полей с подробными параметрами: координаты поля, дата и место проведения наблюдений, размеры поля, число фотометрических фильтров и глубина поля по красным смещениям, общее число отождествленных галактик.

В третьей главе описывается методика формирования используемых каталогов галактик. Проводится построение выборок и подвыборок галактик глубоких полей необходимых для проведения космологических тестов угловой размер красное смещение, поверхностная яркость красное смещение и флуктуации чисел галактик. Отдельно показана схема построения собственного каталога галактик на основе глубокого поля HUDF.

Приводятся таблицы подвыборок галактик, используемые при проведении космологических тестов.

Приводятся распределения основных величин, mi и zphot (угловые размеры, видимые звездные величины в фильтре i и фотометрические красные смещения соответственно) полей COSMOS и HUDF, включая абсолютные звездные величины, влияющие на построение подвыборок галактик. Подробно рассмотрена задача получения фотометрических красных смещений. Здесь рассматривается вопрос о методике и точности получения фотометрических красных смещений.

Метод получения фотометрических красных смещений опирается на особенности непрерывных спектров далеких галактик, получение которых доступно на основе широкополосной фотометрии. Для оценки диапазона длин волн (или фильтров), в которых могут возникать неопределенности при определении фото-z, рассматривается соотношение m = mi mB для различных типов шаблонных спектров галактик.

В заключении третьей главы, приводятся расчеты поправок и редукций, применяемых при определении фотометрических красных смещений.

В четвертой главе дается вывод теоретических соотношений используемых в космологических тестах угловой размер красное смещение, поверхностная яркость красное смещение и флуктуации чисел галактик на основе моделей Фридмана. Другие космологические модели, рассматриваемые в современной теоретической физике, могут быть включены в сетку фридмановских моделей с различными наборами параметров плотности. Приводятся соотношения для метрического расстояния l(z) в случае различных комбинаций параметров плотности, в качестве опорных значений взяты: m = 1 и v = 0, m = 0 и v = 1, m = 0 и v = 0 и m = 0.3 и v = 0.7. Затем, для космологических тестов угловой размер красное смещение и поверхностная яркость красное смещение приводятся теоретические соотношения (z) и J(z) с учетом эволюции линейных размеров и поверхностной яркости. Также проведены расчеты k-поправок для галактик разных морфологических типов в широком интервале красных смещений z 0 - 6.

Далее разработан оригинальный метод поиска возможны сверхбольших структур, использующий радиальные распределения фотометрических красных смещений и методы корреляционного анализа пространственного распределения галактик. Описываются масштабы, доступные наблюдениям для сетки глубоких полей. Для моделирования однородного ограниченного по звездной величине распределения галактик в глубоком поле используется эмпирическая формула с четырьмя свободными параметрами. Для опре деления областей повышенной и пониженной концентрации галактик используется формула ожидаемого отклонения от однородности, которая дает возможность оценить размеры и амплитуды сверхбольших структур.

Обсуждаются эффекты селекции и систематические ошибки определения фотометрических красных смещений, которые могут вносить существенный вклад в наблюдаемые отклонения от однородности. В качестве примера использования метода космической томографии обсуждаются наблюдения на телескопе БТА САО РАН.

В пятой главе приводятся результаты определения параметра эволюции линейных размеров k, а также параметр эволюции поверхностной яркости p как с учетом k-поправки, так и без нее. Здесь используются выборки галактик полученные в предыдущих главах. Большие объемы выборок галактик глубоких полей позволяют проследить эволюцию отдельно для галактик разных типов. Результаты представлены различными графиками и таблицами.

В данной главе приводятся результаты применения метода поиска сверхбольших структур в полях COSMOS, HUDF, HDF-N и FDF. Для каждого из полей указаны параметры модельного распределения галактик в радиальном направлении, а также выделены области повышенной и пониженной концентрации галактик. Результаты выделения сверхбольших структур в радиальном направлении приводятся в таблицах.

В шестой главе проводится анализ полученных результатов определения величины параметра эволюции линейных размеров и поверхностной яркости галактик. Согласно проведенному космологическому тесту угловой размер красное смещение ), галактики поздних типов (иррегулярные и спиральные) имеют наибольший параметр эволюции линейных размеров, в то время как ранних типов (эллиптические галактики) - наименьший параметр эволюции.

Согласно космологическому тесту поверхностная яркость - красное сме щение величина параметра эволюции поверхностной яркости галактик поздних типов (иррегулярные и спиральные) имеет большее значение, чем для галактики ранних типов (эллиптические).

Согласно космологическому тесту число галактик - красное смеще ние обнаружены кандидаты в сверхбольшие структуры в полях COSMOS, HUDF, HDF-N, FDF.

В седьмой(заключении) главе обсуждаются перспективы использования классических космологических тестов в глубоких полях, которые становятся важнейшей частью современной наблюдательной космологии.

Основные результаты, выносимые на защиту 1. Создана объединенная выборка и система подвыборок галактик, необходимых для проведения космологических тестов, на основе глубоких обзоров COSMOS и HUDF, включая оригинальную опорную выборку HUDF для изучения возможных эффектов селекции.

2. Построена сетка эмпирических моделей эволюции крупномасштабных характеристик галактик разных типов, размеров, поверхностных яркостей для разных космологических моделей.

3. Разработан метод космической томографии для системы глубоких полей, позволяющий проводить анализ трехмерного распределения галактик на масштабах в Гигапарсеки.

4. Применения метода космической томографии к наблюдательным данным полей COSMOS, HUDF, HDF-N, FDF позволило обнаружить кандидаты в сверхбольшие структуры в интервале красных смещений 1-5.

Список публикаций автора по теме диссертации 1. Набоков Н.В., Барышев Ю.В., Классические космологические тесты для галактик сверхглубокого хаббловского поля, Астрофизический бюллетень, том 63, 3, 215 - 229, 2008.

2. Набоков Н.В., Барышев Ю.В., Метод анализа пространственного распределения галактик на масштабах в гигапарсеки. Исходные принципы, Астрофизика, том 53, 1, 91 - 100, 2010.

3. Набоков Н.В., Барышев Ю.В., Метод анализа пространственного распределения галактик на масштабах в гигапарсеки. Применение к сетке обзоров HUDF-FDF-COSMOS-HDF., Астрофизика, 2009, 53, 1, 117-129, 2010.

Личный вклад автора Во всех совместных работах автор работы принимал участие в обсуждении постановки задачи и обсуждении результатов. Все вычисления и их представление принадлежат автору работы.

Литература [Beckwith et al., 2006] Beckwith et al., 2006, AJ, 132, 5, pp. 1729-1755.

[Bowens et al., 2009] R. J. Bouwens, G. D. Illingworth et al., astro-ph 0912.4263.

[Massey et al., 2007a] R.Massey, J.Rhodes, R.Ellis et al., Nature, 2007, 445, 286.

[Massey et al., 2007b] R.Massey, J.Rhodes, A.Leauthaud et al., ApJ., 2007, 172, 239.

[Решетников, 2005] В.П.Решетников, УФН, 2005, 175, 1163.

[Hubble & Tolman, 1935] Hubble, E., Tolman R., C., ApJ., 1935, 82, pp. 302 337.

[Sandage, 1961] Sandage A., ApJ, 1961, 133, 355.

[Sandage et al., 1988] Annual review of astronomy and astrophysics, 1988, 26, pp. 561-630.

[Yoshii & Takahara, 1988] ApJ,1988, Part 1, 326, pp. 1-18.

[Baryshev et al., 1994] Vistas in Astronomy, 1994, 38, 4, pp. 419-500.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.